多種腫瘤小鼠模型的特點(diǎn)匯總與應(yīng)用示例

瀏覽次數(shù)：2267　發(fā)布日期：2022-4-7　來(lái)源：南模生物公眾號(hào)

近日，國(guó)家癌癥中心發(fā)布了最新的中國(guó)癌癥報(bào)告。本次報(bào)告發(fā)布數(shù)據(jù)為全國(guó)腫瘤登記中心收集匯總?cè)珖?guó)腫瘤登記處2016年登記資料，覆蓋人口達(dá)3.8億。報(bào)告顯示，2016年全年我國(guó)新增癌癥病例約406.4萬(wàn)例，新增癌癥死亡241.35萬(wàn)例；從癌種發(fā)病角度看，肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、肝癌和女性乳腺癌是我國(guó)主要的5種惡性腫瘤，占新發(fā)病例總數(shù)的57.4%；肺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌和食道癌是死亡率排名前5的惡性腫瘤，占死亡總數(shù)的69.3%。值得注意的是，不論是發(fā)病還是死亡，肺癌均占首位[1]。

圖1.最新中國(guó)癌癥發(fā)病及死亡情況

雖然人類的科技水平日新月異，但惡性腫瘤的發(fā)生率與死亡率依然居高不下，可以毫不夸張的說(shuō)，抗腫瘤是一場(chǎng)曠日持久沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)。從化療到靶向治療，再到免疫治療，科學(xué)家們想盡一切辦法來(lái)戰(zhàn)勝腫瘤，而無(wú)論哪一種方法，都離不開一樣秘密武器——小鼠腫瘤模型。

01 小鼠腫瘤模型的誕生

1915年一戰(zhàn)期間，日本病理學(xué)家Katsusaburo Yamagiwa和他的助理Koichi Ichikawa正在努力研究一個(gè)致命武器，這個(gè)來(lái)自東京大學(xué)的二人組花了150多天把煤焦油涂在兔子的耳朵上，最后，他們發(fā)現(xiàn)兔子罹患了腫瘤。不管動(dòng)機(jī)如何，Yamagiwa的兔子模型目前通常被認(rèn)為是首例用于癌癥研究的動(dòng)物模型。不久后，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的腫瘤生物學(xué)家Melissa Reeves等人采用相似方法，在小鼠皮膚局部涂抹名為DMBA和TPA的已知致癌物，誘導(dǎo)小鼠發(fā)生了皮膚癌[2]。這是有記錄的為人類抗癌事業(yè)犧牲的第一批小鼠！

現(xiàn)在距第一個(gè)動(dòng)物腫瘤模型誕生已過(guò)去100多年，海量的小鼠腫瘤模型被開發(fā)出來(lái)，我們往往困擾于這樣的問(wèn)題，這些小鼠腫瘤模型到底是怎么構(gòu)建的？每種模型的特點(diǎn)是什么？最優(yōu)秀的模型又屬哪一個(gè)？我該選什么模型？其實(shí)吧，每種模型都有其優(yōu)劣，沒有哪種模型能為我們解答所有問(wèn)題，因此，了解各類模型的特點(diǎn)，選擇適合自己研究的模型，就變得尤為重要。以下，小編就幾類使用比較普遍的小鼠腫瘤模型進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

02 小鼠腫瘤模型的選擇

小鼠腫瘤模型大致可分為自發(fā)性腫瘤小鼠模型、誘發(fā)性腫瘤小鼠模型、基因修飾小鼠腫瘤模型、異種移植瘤模型（PDX或CDX）、同種移植型小鼠腫瘤模型（CDA或MDA)等。在選擇合適的模型之前，首先考慮自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁�，不同的模型�?duì)應(yīng)不同的試驗(yàn)?zāi)康摹＠纾?/span>

腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制研究：誘發(fā)性腫瘤小鼠模型、基因修飾小鼠腫瘤模型等
靶點(diǎn)在腫瘤上的抗腫瘤藥物篩選和藥效評(píng)價(jià)：PDX模型、CDX模型等
腫瘤免疫治療研究：CDA模型、MDA模型或經(jīng)過(guò)免疫重建的PDX/CDX模型等

2.1 自發(fā)性腫瘤小鼠模型

正常的小鼠在大約一年半的生命周期里也有可能罹患癌癥，不同品系的小鼠自發(fā)腫瘤的幾率和類型不同，體現(xiàn)出遺傳因素與癌癥易感性的關(guān)聯(lián)。

優(yōu)點(diǎn)：腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與人類相似
缺點(diǎn)：腫瘤的發(fā)生參差不齊，周期長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)大
應(yīng)用：研究遺傳因素與腫瘤發(fā)生的關(guān)系等

應(yīng)用示例：分離小鼠自發(fā)腫瘤細(xì)胞系
研究者從小鼠自發(fā)腫瘤建立起很多可在體外培養(yǎng)傳代的腫瘤細(xì)胞系，如結(jié)腸癌細(xì)胞 CT26-WT、黑色素瘤細(xì)胞 B16，肝細(xì)胞癌細(xì)胞 H22，淋巴瘤細(xì)胞A20 等，這些腫瘤細(xì)胞系不僅為癌細(xì)胞的體外生物學(xué)研究提供了工具，而且可以移植到遺傳背景相同、不會(huì)發(fā)生免疫排斥的其它小鼠體內(nèi)，建立移植瘤小鼠模型。

常用小鼠腫瘤細(xì)胞系及其遺傳背景

2.2 誘發(fā)性腫瘤小鼠模型

誘發(fā)性小鼠腫瘤模型是指利用化學(xué)致癌物誘發(fā)的實(shí)驗(yàn)性小鼠腫瘤模型。實(shí)驗(yàn)室常用的誘導(dǎo)化合物包括MNU（甲基亞硝基脲）、DEN（二乙基亞硝胺）等，可誘導(dǎo)小鼠發(fā)生肝癌、胃癌等多種腫瘤，為研究癌癥的發(fā)生機(jī)理及腫瘤預(yù)防等提供了有用模型。

優(yōu)點(diǎn)：誘發(fā)因素和條件可人為控制，誘發(fā)率相對(duì)較高（指高于自然發(fā)病率）
缺點(diǎn)：誘導(dǎo)時(shí)間較長(zhǎng)，動(dòng)物死亡率比較高，腫瘤出現(xiàn)的時(shí)間、部位、病灶數(shù)等在個(gè)體之間表型不均一
應(yīng)用：驗(yàn)證可疑致癌因素的作用以及腫瘤預(yù)防研究

模型示例：DEN誘導(dǎo)原發(fā)性肝癌模型

DEN（二乙基亞硝胺）對(duì)人體和動(dòng)物都具有劇毒，小劑量注射或經(jīng)口給藥就會(huì)造成嚴(yán)重的肝損傷，幼鼠腹腔注射后約6個(gè)月可建立原發(fā)性肝癌模型，是研究肝癌發(fā)病機(jī)制和過(guò)程的理想模型之一。

2.3 基因修飾小鼠腫瘤模型

研究發(fā)現(xiàn)某基因的過(guò)表達(dá)，缺失或突變會(huì)導(dǎo)致小鼠易發(fā)腫瘤，因此可以利用基因工程手段，引入致癌基因或敲除抑癌基因建立自發(fā)腫瘤或誘導(dǎo)生成腫瘤的基因工程小鼠模型，再在模型小鼠的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

優(yōu)點(diǎn)：適于研究基因和腫瘤的關(guān)系，在研究腫瘤發(fā)生發(fā)展的遺傳原因，腫瘤免疫逃避的機(jī)理方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)
缺點(diǎn)：模型建立過(guò)程較長(zhǎng)，費(fèi)用較高
應(yīng)用：研究腫瘤的發(fā)病機(jī)制，例如環(huán)境因素與遺傳背景是如何相互作用誘發(fā)腫瘤的；人為引入基因突變，為腫瘤標(biāo)志物的確認(rèn)，腫瘤的診斷以及治療都提供了理想的模型

模型示例1：抑癌基因條件性敲除模型
人體重要的抑癌基因純合敲除后往往胚胎致死，如P53、PTEN等，因此構(gòu)建關(guān)鍵抑癌基因的條件性敲除小鼠，與組織器官特異性表達(dá)的Cre工具鼠交配可誘發(fā)不同腫瘤，詳見下表：

模型示例2：癌基因點(diǎn)突變（或條件性點(diǎn)突變）腫瘤模型
某些關(guān)鍵基因雖然僅僅只有1個(gè)堿基發(fā)生了突變，但由于突變?cè)陉P(guān)鍵位置，改變了蛋白的重要結(jié)構(gòu)域，破壞了蛋白原有的功能，也會(huì)誘發(fā)癌癥，如：

Kras-LSL-G12D：野生型Kras激活/失活效應(yīng)是受控的，而突變型Kras蛋白功能異常，持續(xù)處于激活狀態(tài)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的持續(xù)增殖。目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的肺癌動(dòng)物模型就是Kras-LSL-G12D小鼠模型，可以通過(guò)與肺上皮細(xì)胞特異性的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交來(lái)實(shí)現(xiàn)K-ras突變體的激活，從而導(dǎo)致肺癌的發(fā)生[3]。
Apc-L850X：Apc基因是Wnt途徑中重要的抑癌基因，對(duì)結(jié)直腸癌腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到重要作用。Apc-L850X小鼠是通過(guò)ENU誘變篩選出來(lái)的一個(gè)小鼠品系，其Apc基因編碼亮氨酸的第850號(hào)密碼子(TTG)轉(zhuǎn)變成終止密碼子(TAG)，從而提前截?cái)嗟鞍�，Apc失去抑癌作用[4]。
Braf-Flox-V600E：Braf是下游MARK信號(hào)通路最強(qiáng)的激活劑之一，Braf在毛細(xì)胞白血病中突變率達(dá)90%以上,另外還在多種腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)BRAF V600E突變,如惡性黑色素瘤、甲狀腺乳頭狀癌、結(jié)直腸癌等。

模型示例3：癌基因條件性過(guò)表達(dá)小鼠模型
在小鼠上條件性過(guò)表達(dá)癌基因（包括激活型突變的癌基因）可以誘發(fā)腫瘤，如果同時(shí)過(guò)表達(dá)EGFP、tdTomato等元件，還可以進(jìn)行活體成像研究，南模生物自主構(gòu)建了多種基因過(guò)表達(dá)腫瘤模型，詳見下表：

除上述常見基因修飾腫瘤模型外，南模生物還自主構(gòu)建了肺癌、肝癌、胃癌等多種不同腫瘤的敲除、條件性敲除、點(diǎn)突變模型，詳情可在公眾號(hào)咨詢我們，或?yàn)g覽往期推文：
疾病小鼠模型系列之肺癌篇
疾病小鼠模型系列之肝癌篇
疾病小鼠模型系列之胃癌篇
疾病小鼠模型系列之乳腺癌篇
疾病小鼠模型系列之結(jié)直腸癌篇

2.4 病人來(lái)源異種移植腫瘤模型（PDX)

病人來(lái)源異種移植腫瘤模型（patient-derived xenograft model, PDX）是通過(guò)將病人新鮮的瘤組織直接移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而建立的腫瘤模型。

優(yōu)點(diǎn)：保存了病人腫瘤組織的基因型和表型的多樣性，比較真實(shí)的反映原始腫瘤的特性，更準(zhǔn)確地反映病人腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制；保存了腫瘤的基質(zhì)細(xì)胞，保存了腫瘤的微環(huán)境，能更好地反映腫瘤病人的藥物敏感性和耐受性。
缺點(diǎn)：原始腫瘤的主要來(lái)源是為手術(shù)切除，建模難度高且不能反復(fù)獲取。此外其構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)且成功率不穩(wěn)定，隨著傳代次數(shù)增加腫瘤微環(huán)境也會(huì)逐漸被小鼠細(xì)胞外基質(zhì)取代，因此傳代次數(shù)有一定限制。

應(yīng)用：新藥研發(fā)的臨床前腫瘤學(xué)模型。

模型示例：肝癌PDX
PDX成功從各方面復(fù)制病人腫瘤的異質(zhì)性，包括其分子層面，基因?qū)用婧徒M織層面上的復(fù)雜性，能夠在不同的臨床背景下為藥物療效及分析作出快速測(cè)試。

肝癌PDX不同藥物配伍治療后腫瘤生長(zhǎng)曲線

2.5 細(xì)胞系來(lái)源的異種移植腫瘤模型(CDX)

細(xì)胞系來(lái)源的異種移植腫瘤模型(Cell line-derived xenograft model, CDX)是將體外培養(yǎng)的人源腫瘤細(xì)胞系移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)而構(gòu)建的腫瘤模型。基于細(xì)胞系的腫瘤模型作為經(jīng)典的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法，在腫瘤學(xué)研究和抗腫瘤藥物研發(fā)過(guò)程中有著極大的需求。

CDX模式圖

優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)物個(gè)體成瘤差異較小，成瘤率高，具有建模時(shí)間短，重復(fù)性好，成本低等特點(diǎn)。
缺點(diǎn)：接種的腫瘤通常來(lái)源于體外培養(yǎng)的同質(zhì)性癌細(xì)胞，缺乏人源腫瘤生長(zhǎng)的微環(huán)境。(使用重度免疫缺陷小鼠M-NSG等，可以避免上述缺點(diǎn)，讓很多難以成瘤的細(xì)胞系在小鼠上順利生長(zhǎng))
應(yīng)用：研究腫瘤的發(fā)展以及對(duì)于藥物治療的反應(yīng)。

模型示例1：肝癌模型-HepG2皮下接種
實(shí)驗(yàn)室中常用的移植型肝癌模型根據(jù)其移植瘤所在部位可以分為原位型和異位型。異位型常通過(guò)在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的皮下注射肝癌細(xì)胞形成腫瘤。皮下成瘤實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，成功率高，且腫瘤體積變化易于測(cè)量，方便給予局部干預(yù)。

HepG2皮下成瘤的組織學(xué)分析。正常的小鼠肝臟組織細(xì)胞（左）呈放射狀排列，細(xì)胞輪廓清晰，胞核圓形居中，肝小葉結(jié)構(gòu)清晰，組織結(jié)構(gòu)形態(tài)正常；HepG2 皮下接種4周后形成的腫瘤組織中，細(xì)胞排列無(wú)序，胞核不清，可見空泡樣變性結(jié)構(gòu)，肝小葉結(jié)構(gòu)消失組織結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則細(xì)胞團(tuán)，符合腫瘤組織結(jié)構(gòu)特征。

模型示例2：活體成像CDX腫瘤模型
帶有Luciferase熒光標(biāo)記的腫瘤細(xì)胞系可用于構(gòu)建各類皮下，原位或轉(zhuǎn)移型的CDX腫瘤模型。Luciferase報(bào)告基因系統(tǒng)以熒光素(luciferin)為底物來(lái)檢測(cè)螢火蟲熒光素酶(firefly luciferase)的活性，其優(yōu)點(diǎn)是可以在小鼠存活的情況下反復(fù)測(cè)量，分析不同時(shí)間點(diǎn)的熒光變化，以此來(lái)示蹤腫瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)結(jié)果更加真實(shí)可信。另外，活體成像技術(shù)對(duì)于腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測(cè)靈敏度極高，不涉及放射性物質(zhì)的使用，非常安全。

基于人結(jié)腸癌細(xì)胞系的顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤模型。向裸鼠頸動(dòng)脈注射不同接種量的，帶有Luciferase熒光標(biāo)記的人結(jié)腸癌細(xì)胞，并選取多個(gè)時(shí)間點(diǎn)通過(guò)活體成像術(shù)檢測(cè)Luciferase在顱內(nèi)的表達(dá)水平。

2.6 同種移植型小鼠腫瘤模型

PDX和CDX模型統(tǒng)稱為異種移植瘤模型，與之對(duì)應(yīng)，自然就有同種移植型小鼠腫瘤模型。同種移植型小鼠腫瘤模型又可分為CDA模型（Cell line-derived allograft models，將小鼠來(lái)源的腫瘤細(xì)胞系接種至免疫健全的近交系小鼠）和MDA模型(Mouse-derived allograft models，將小鼠來(lái)源的腫瘤組織接種至免疫健全的近交系小鼠)兩類。同種移植型小鼠模型免疫系統(tǒng)健全，可用于研究腫瘤的免疫治療，常用于目標(biāo)靶點(diǎn)在免疫系統(tǒng)上的研究中。

同種移植型小鼠腫瘤模型構(gòu)建

2.7 免疫檢查點(diǎn)人源化模型
有的小伙伴就要問(wèn)了，那我想要在免疫系統(tǒng)健全的小鼠上研究人源的靶點(diǎn)，例如PD-1、CTLA-4等近幾年大火的免疫檢查點(diǎn)怎么辦？別急，這只需要在免疫系統(tǒng)健全的小鼠上對(duì)相應(yīng)的免疫檢查點(diǎn)進(jìn)行人源化替換即可！南模生物目前擁有300多種人源化小鼠品系（包括雙靶標(biāo)、三靶標(biāo)、四靶標(biāo)人源化小鼠），模型資源庫(kù)涵蓋目前最新最熱的免疫治療靶點(diǎn)，成品人源化小鼠目錄如下：

*依次點(diǎn)擊南模生物公眾號(hào)對(duì)話框-產(chǎn)品服務(wù)-成品查詢，輸入基因名查詢品茶詳情

03小鼠腫瘤模型優(yōu)缺點(diǎn)比較

看完今天的介紹，相信大家對(duì)小鼠腫瘤模型已經(jīng)有了一個(gè)整體的了解，我們?cè)谡嬲x擇小鼠腫瘤模型時(shí)需要根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，考慮各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)，這里小編也將各個(gè)模型按照類似性、重復(fù)性、可靠性作一個(gè)評(píng)價(jià)，詳見下表。最后，祝大家都能找到合適的腫瘤模型，實(shí)驗(yàn)一帆風(fēng)順!

南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個(gè)性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評(píng)價(jià)等，滿足不同實(shí)驗(yàn)室需求。

參考文獻(xiàn)
1.Cancer incidence and mortality in China,2016; Journal of the National Cancer Center
2.Mike May. (2018) Cancer research with a human touch. Nature, 556: 259-261.
3. Jackson, E.L., Willis, N., Mercer, K., Bronson, R.T., Crowley, D.,Montoya, R., Jacks, T., Tuveson, D.A., 2001. Analysis oflung tumor initiation and progression using conditionalexpression of oncogenic K-ras. Genes Dev. 15, 3243e3248.
4.Su L K , Kinzler K W , Vogelstein B , etal. Corrections and Clarifications: Multiple Intestinal Neoplasia Caused By aMutation in the Murine Homolog of the APC Gene[J]. Science, 1992,256(5060):1114-1114.

索取資料

來(lái)源：上海南方模式生物科技股份有限公司
聯(lián)系電話：400-728-0660
E-mail：tech@modelorg.com

【點(diǎn)擊可查看上海南方模式生物科技股份有限公司相關(guān)產(chǎn)品】

分享到：QQ空間新浪微博騰訊微博微信

【所有文章】【本類新聞】【相關(guān)產(chǎn)品】【關(guān)閉窗口】

本類文章

本類新聞